СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Советский патент 1997 года по МПК B23K9/04 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при восстановлении электродуговой наплавкой прокатных валков и других деталей металлургического оборудования.

Целью изобретения является повышение стойкости валков против отколов и увеличение коэффициента использования активного рабочего слоя валка путем создания условий равномерного износа восстановленных прокатных валков при обеспечении одинаковой технологической прочности по всей поверхности бочки валка.

Наплавку изделия производят в направлении действующего силового фактора P_с.ф.. Под направлением действий силового фактора применительно к валкам при прокатке понимается направление, соответствующее направлению вращения рабочего валка. При этом угол между векторами осей кристаллов и осью наплавленного валика θ/2 выбирают с учетом первоначально приложенных распределенных давлений по изделию в обратно пропорциональной зависимости от величины приложенных давлений. Так как наименьший износ наблюдается при направлении износа и осей кристаллитов навстречу друг другу, а основным видом износа валков является отслоение (см. табл. 1), то наименее возможный оптимальный угол θ/2 задают из условия наименьшего износа в участках валка с максимальной нагрузкой, а затем в участках валка с меньшей нагрузкой угол между векторами осей кристаллитов и осью наплавляемого валика (θ/2) увеличивают и таким образом обеспечивают более равномерный износ по длине бочки валка, повышают долговечность наплавленного слоя и снижают склонность к отслоениям.

На фиг. 1 представлено расположение валков в рабочей клети и показано распределение рабочего давления по длине опорного валка; на фиг. 2 изображены условия работы опорного валка при совпадении силового фактора P_с.ф., возникающего в процессе работы валка с вектором наплавки и вектором осей кристаллитов дендритной структуры; на фиг. 3а и б схематично изображены направления осей кристаллитов при различных скоростях наплавки и постоянстве остальных параметров режима наплавки; на фиг. 4 изображена зависимость износа от угла θ/2 для металла типа 20 X 6ВИМФ и зависимость угла θ/2 от скорости наплавки; на фиг. 5а и б изображены профилограммы наплавленного опорного валка с переменным углом θ/2 соответственно до работы и после проката 145861 т проката.

Прокатка полосы 1 осуществляется опорными валками 2, приводимыми во вращение рабочими валками 3. Направление вращение рабочего валка указано стрелкой 4, направление валка указано стрелкой 4, направление вращения опорного валка стрелкой 5.

На опорный валок нанесен износостойкий слой, причем направление наплавки совпадает с вектором силового фактора P_с.ф. и обозначено стрелкой 6. Направление осей кристаллитов дендритной структуры обозначено стрелкой 7.

При наплавке прокатных валков экспериментально установлено, что оптимальные свойства наплавленного металла обеспечиваются при угле θ/2 в пределах 20 60^o, что достигается при скорости наплавки 18 40 м/ч.

Повышение стойкости против отслоений и наименьший износ наблюдаются с уменьшением угла θ/2. Однако при угле менее 20^o наблюдается скачкообразное уменьшение стойкости против отслоений из-за образования горячих трещин в центре шва в процессе наплавки. Поэтому по центру бочки валка из условия наименьшего износа и стойкости к отслоению угол θ/2 выбирают в пределах 20 - 30^o. Выбранный угол, например 24^o, и соответствующие ему скорость и направление наплавки остаются без изменения при восстановлении центрального участка бочки валка протяженностью 1000 1200 мм (при длине бочки 2000 мм), что соответствует максимально действующим нагрузкам. При восстановлении крайних участков протяженностью 400 500 мм каждый, где распределение нагрузок меньше (см. фиг. 1), угол θ/2 увеличивают, например для данного валка до 40^o, за счет увеличения скорости наплавки с 25 до 32 м/ч.

Угол θ/2 на периферийных участках валка можно определять не только экспериментально, но и расчетным путем следующим образом.

Для данной клети строится среднестатистическая профилограмма, которая позволяет в процентах определить интенсивность износа в центре и на периферии валка как отношение

где U несоответствие износа в центре и на периферии бочки валка;
h_кр высота изношенного слоя на краю бочки;
h_ц то же, в центре бочки валка.

Далее по диаграмме (см. фиг. 4) ищется угол θ/2, а следовательно, скорость наплавки, при которой обеспечивается соответствующая разница (в) по износу.

В процессе эксплуатации за счет разницы в износостойкости по изделию (валку) эпюра распределения нагрузок сохраняет свою форму, близкую к первоначальной, профиль валка остается без изменения, что с одной стороны, исключает перераспределение нагрузок на края бочки и обеспечивает равномерный износ по всей длине изделия, а с другой стороны, повышает стойкость против отслоений не только вследствие исключения зон возрастания нагрузок, но и в связи с тем обстоятельством, что материал рабочего активного слоя по всей длине бочки обладает одинаковыми механическими свойствами, одинаковыми механическими свойствами, одинаковым сопротивлением деформациям и одинаковой стойкостью против отколов. Но при этих условиях один и тот же материал изнашивается по-разному за счет анизотропии свойств кристаллитов, т.е. при разных нагрузках износ одинаков, что позволяет не только сохранить начальную эпюру приложенных давлений, но и улучшить ее равномерность.

В зависимости от режимов сварки и теплофизических свойств материала угол θ/2 может быть определен и из следующей зависимости
где q эффективная мощность сварочной дуги, определяемая по уравнению q = η•U•I, ДЖ/с;
η коэффициент использования тепла дуги;
U напряжение на дуге B;
I сварочный ток, A;
V_н скорость сварки, см/с;
T₀ температура плавления металла, ^oC;
l коэффициент теплопроводности Дж/с.с.град;
a коэффициент температуропроводности, см²/с;
y расстояние от оси шва до данной точки оси кристаллита.

Возможен еще один путь определения угла q/2. Геометрия оси кристаллита, а следовательно, и угол θ/2 между осью шва и осью кристаллита, зависит от формы сварочной ванны и описывается следующей зависимостью

где λ коэффициент теплопроводности;
cγ объемная теплоемкость;
X координата оси кристаллита;
j коэффициент формы ванны.

Форма ванны в зависимости от скорости сварки или внешних воздействий (колебаний электрода, замораживания и т.д.) может изменяться от круга до конуса и описываться следующими зависимостями
j = 0,642 lnK
для ванны пароболоидного типа;
ψ = 1,43(K-1)
для ванны конусного типа;

для ванны элипсного типа.

Примеры. Наплавка моделей прокатных валков производится проволокой Нп-30ХГСА под флюсом АН-348 и ЖСН-5. Режимы наплавки: сварочный ток 250 А, напряжение на дуге 30 В, скорость наплавки 30 м/ч.

Форму сварочной ванны и геометрию оси кристаллитов регулируют с помощью скорости сварки.

Испытания моделей наплавленных валков производят на лабораторной установке УИЛК-82, которая позволяет моделировать условия работы опорного валка на узком участке.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таким образом, регулирование угла наклона осей кристаллитов относительно оси шва по изделию в зависимости от приложенных давлений уменьшает неравномерность износа по длине бочки валка, повышает стойкость против отколов, сокращает затраты на переточку и увеличивает коэффициент использования восстановленного слоя, что дает значительный экономический эффект.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при восстановлении наплавкой прокатных валков и других деталей металлургического оборудования. С целью выравнивания износа по длине валка в процессе наплавки искусственно изменяют износостойкость детали по длине в зависимости от приложенных нагрузок. Изменение износостойкости достигают путем изменения угла наклона кристаллов в процессе застывания сварочной ванны. Оптимальный угол, соответствующий минимальному износу, определяют экспериментально или расчетным путем и обеспечивают его получение в наиболее нагруженной части валка, т.е. в центре. К краям валка угол увеличивают, искусственно уменьшая износостойкость. Управление углом наклона осуществляют изменением вводимой погонной энергии за счет изменения скорости наплавки. Погонную энергию изменяют прямо пропорционально величине рабочих усилий. В процессе эксплуатации, за счет разницы в износостойкости по длине валка, эпюра распределения нагрузки сохраняет форму, близкую к первоначальной, а профиль валка остается без изменения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил, 2 табл.

1. Способ восстановления деталей металлургического оборудования, преимущественно валков прокатных станов, при котором восстановление поверхности осуществляют наплавкой слоя постоянного химического состава путем наложения валиков в направлении действия рабочих усилий на режимах, обеспечивающих оптимальные свойства наплавленного металла в средней части по длине валка, отличающийся тем, что, с целью выравнивания износа по длине валка, повышения стойкости валков против отколов и увеличения коэффициента использования восстановленного рабочего слоя, износостойкость наплавленного металла изменяют по длине валка путем изменения угла между векторами осей кристаллитов и осью наплавляемого валка, для чего в процессе наплавки изменяют вводимую дугой погонную энергию прямо пропорционально величине рабочих усилий, распределенных по длине валка, обеспечивая тем самым увеличение угла наклона кристаллитов на периферийных участках валка по сравнению с оптимальным углом наклона, полученным в средней части валка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование погонной энергии осуществляют за счет изменения скорости наплавки.